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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA INSTITUTO DE FÍSICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA Propondo material de apoio à prática com simuladores no Ensino/Aprendizagem de Eletrostática em EJA Leandro Marcos Alves Vaz BRASÍLIA DF 2015

SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA O Produto gerado (em CD-ROM). Bate-papo Inicial: Olá Amigo Professor! É com imensa satisfação que trago a você essa obra. Minha intenção com

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

INSTITUTO DE FÍSICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DE MESTRADO PROFISSIONAL

EM ENSINO DE FÍSICA

MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA

SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA

Propondo material de apoio à prática com simuladores no

Ensino/Aprendizagem de Eletrostática em EJA

Leandro Marcos Alves Vaz

BRASÍLIA – DF

2015

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O Produto gerado (em CD-ROM).

Bate-papo Inicial:

Olá Amigo Professor! É com imensa satisfação que trago a você essa obra. Minha

intenção com ela é tratar o assunto eletrostática inserindo algumas atividades que possam

transmitir ao estudante a essência experimental da Física. Para tanto, faço a utilização de

alguns simuladores interativos gratuitos escolhidos na web além de roteiros e textos que

ressaltem a fenomenologia de cada tema e seus pontos de experimentação, sempre que

possível. Obviamente, me parece excessiva astúcia julgar que os ensaios e as discussões

sugeridas nesse material substituem as atividades laboratoriais demonstrativas, até porque tais

atividades não fazem a referida substituição.

Em linhas gerais, a motivação para a produção dessa obra foi o elevado enfoque

dado às teorias e operacionalização da Física em sala de aula, sem, contudo, dar destaque ao

elemento crucial da revolução científica do século XVII, semeada por ninguém menos que

Galileu Galilei, qual seja: a formulação de teorias a partir da reprodução controlada dos

fenômenos, ou seja, a experiência.

Nesse contexto, tenho por objetivo, transmitir com auxílio do material que segue

um apanhado da formação experimental do professor e formar um "juízo de experiência" com

situações-problema, medidas, tabulação de dados, testes e discussões de textos.

É digno de nota, que todo esse "utensílio pedagógico" e sua proposta foi elaborada

para atender aos estudantes do Centro de Ensino Fundamental 01 da cidade-satélite Vila

Estrutural - DF, onde a maior parte dos estudantes cursa a modalidade de ensino de Educação

de Jovens e Adultos, no período noturno, e compõem um grupo social de baixa renda e de

estudantes-trabalhadores. Acredito que minha estratégia é bastante salutar em escolas que não

tenham laboratório demonstrativo de Física e que haja a intenção desenvolver concepções

prévias dos estudantes na área experimental.

Aos colegas docentes, espero que gostem!

Leandro Vaz.

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Dica importante:

Àqueles professores que desejam implementar atividades com simuladores em

suas aulas, um conselho importante: antes de fazê-lo, é interessante orientar os alunos a

realizarem pesquisas com alguns tópicos do assunto no laboratório de informática da escola.

Nessas atividades, o professor vai percebendo aqueles discentes com maior e menor destreza

com o computador e na navegação em internet. Em seguida, o docente pode incentivar a

formação de duplas a fim de conseguir maior envolvimento dos aprendizes na colaboração

entre eles e na realização da atividade. Em um curso de Educação de Jovens e Adultos, sugiro

que 1 aula por semana seja dedicada às pesquisas. Até começarmos a por “a mão na massa”

(com simuladores)! A Seguir alguns tópicos de pesquisa interessantes na internet:

Conceito de carga elétrica;

Quantos elétrons são necessário para termos 1 C (um coulomb) de carga? ;

Qual foi a utilidade da balança de torção de Coulomb?;

Para que servem os Hemisférios de Cavendish?;

Qual era a intenção de Faraday com sua tela cônica? Pesquise sobre "Tela

cônica de Faraday";

Gaiola de Faraday;

Poder das pontas;

A partir de algumas dessas buscas o professor pode discutir com os estudantes se

a Física elabora suas teorias apenas pela observação ou se muito do que é proposto tem sua

origem nas experiências. Sugiro que os estudantes anotem suas pesquisas no caderno e que o

professor levante algum debate em torno do tema: relação entre teoria e experiência em

Física.

Noções Experimentais X Percepção Experimental

Neste trabalho, proponho o desenvolvimento de noções experimentais aos estudantes a partir

da metodologia que conjuga os simuladores e seus roteiros de simulação com os textos

selecionados por mim. No entanto, os docentes interessados nesse material, podem indagar: O

que são “noções de experimentação”? Será que após este curso o estudante será capaz de

encarar a rotina de um laboratório e torna-se um experimentador? Nada disso! Na verdade, a

intenção dessa metodologia alternativa é formar a percepção experimental em Física, ou seja,

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o aluno deve amadurecer no sentido de conceber a Física como uma ciência de construção

coletiva a partir da teoria e também da experiência. Assim, talvez seja mais apropriada a

alcunha “percepção experimental” do que noções experimentais (por ser um conceito mais

amplo que envolve o desenvolvimento de habilidades motoras e procedimentais). A título de

informação, as competências trabalhadas nos softwares a seguir tiveram como fundamentos,

tornar os estudantes aptos a:

Fazer inferências de ordem teórica a partir da reprodução controlada de

fenômenos físicos (ensaio simulado);

Fazer medidas e organizá-las;

Testar comportamentos previstos pela teoria;

Perceber o processo de modelagem;

Claro que busquei trabalhar todas essas competências, contudo, em cada programa pode ter

havido a predominância de alguma delas em detrimento das outras, fato que pode ser

associado as limitações da ferramenta computacional e da inspiração na elaboração dos

roteiros.

Relatando experiências:

Cada tópico de pesquisa pode ser relacionado com o relato de alguma experiência. A idéia é

que os estudantes percebam que a Física é uma ciência experimental. Exemplificando:

O conceito de carga elétrica:

A carga elétrica pode ser definida, sem muito rigor, como: "a propriedade característica de

algumas partículas que compõem o átomo (prótons e elétrons)". Experimentalmente, temos

dois comportamentos contrários entre as partículas do "tipo próton" e as do "tipo elétron"

quando inseridas com velocidade numa região entre os polos norte e sul de ímãs (não é

necessário definir campo magnético, por hora). Observe:

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FIGURA 1 - Próton (carga positiva) sendo desviado na região �⃖� entre polos de ímã.

Fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/efeitosobrecargas2.php

Pesquisado em 05/01/2015.

Note o desvio "para cima" do próton, quando ele atravessa com velocidade �⃖� a região de

�⃖� . Esse comportamento fará com que associemos a ele a carga positiva.

Caso façamos a mesma experiência como o elétron, teremos o seguinte:

FIGURA 2 - Elétron (carga negativa) sendo desviado na região �⃖� entre polos de ímã.

Fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/efeitosobrecargas2.php

Pesquisado em 05/01/2015.

Note o desvio "para baixo" do elétron, quando ele atravessa com velocidade �⃖� a região

de �⃖� . Esse comportamento fará com que associemos a ele a carga negativa.

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Conclusão: Devido ao fato dos comportamentos de prótons e elétrons serem contrários nessa

experiência (e em muitas outras) podemos associar a eles uma propriedade a ambos, cujo

nome é carga elétrica (uma positiva e outra negativa, mas poderia ser "carga preta" e "carga

branca", "carga quente" e "carga fria", as denominações são arbitrárias para aludir aos

comportamentos experimentais antagônicos).

Conforme foi dito, podemos associar a cada tema um relato de experiência, outro exemplo

seria:

Quantização da carga

Num laboratório, certo estudioso aferiu com um contador de cargas a equivalência que - 1 C

(menos um coulomb) possui 6,25 .1018 elétrons. Quanto de carga, em Coulombs, há em 1

elétron?

Fazendo uma regra de três simples e direta, temos:

- 1 C----------------------- 6,25 .1018 elétrons

Qe------------------------ 1 elétron.

Qe = - 1,6.10 -19 C.

Outras sugestões de contextualizações:

O Experimento de Cavendish e a Tela cônica de Faraday são dois experimentos que

demonstram a migração de cargas para a superfície externa de materiais condutores.

No poder das pontas, é interessante mostrar o torniquete elétrico. As demais

contextualizações deixo a cargo dos colegas. Vamos aos simuladores!

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A seguir, evidenciamos os simuladores selecionados na internet a fim de embasar o

material desenvolvido e suas discussões. Comentários gerais sobre as características de

cada software constam no QUADRO 1 abaixo e, também, os endereços eletrônicos onde

esses programas foram encontrados. É valido enfatizar a gratuidade dessas ferramentas.

Outro ponto importante é que, para cada roteiro de simulador, há um guia de aplicação

em sequência.

Assunto/ Disponibilidade Título Comentários

Eletrostática

Disponível em:

https://phet.colorado.edu/pt_BR

/simulation/balloons

Balões e Eletricidade

Nesse software, podemos

examinar a eletrização por

atrito, a atração e a repulsão

entre corpos, bem como

caracterizar os portadores de

cargas que se movem durante

um fenômeno de eletricidade

estática. Devido a sua

versatilidade didática, os

conceitos e princípios da

eletricidade podem ser bastante

discutidos.

Eletrostática

Disponível em:

https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation

/charges-and-fields

Taxas e Campos

A percepção das linhas de

campo e das superfícies

equipotenciais é um desafio

lançado pelo professor aos

estudantes. Com o auxílio desse

simulador, é possível a

abordagem qualitativa e

quantitativa de dois conceitos

centrais da eletrostática, quais

sejam: o campo elétrico e o

potencial elétrico. Com sua

interface agradável, esse

programa é um grande aliado no

tratamento de conceitos assaz

abstratos.

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QUADRO 1- Simuladores selecionados na internet.

Créditos dos Simuladores:

Balões e Eletricidade: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Taxas e Campos: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields

Kit de Construção de Circuitos DC: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-

construction-kit-dc-virtual-lab

Experimento de Milikan:

http://177.71.183.29/acessa_fisica/index.php/acessafisica/Midias/Software

Eletrostática/Eletrodinâmica

Disponível em:

https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-

construction-kit-dc-virtual-lab

Kit de construção de Circuito

(DC)

Nesse simulador, testamos as

propriedades condutoras e

dielétricas de alguns materiais,

como o grafite, a borracha, o

papel e o corpo humano. E,

fazemos alguns comentários

introdutórios aos primeiros

conceitos da eletrodinâmica:

corrente elétrica, voltagem e

resistência elétrica.

Eletrostática

Disponível em:

http://177.71.183.29/acessa_fisica

/index.php/acessafisica/Midias/Software

Experimento de Milikan

Nesse experimento virtual

interativo, é possível obter a

medida da carga do elétron a

partir de uma série de valores de

tempos e distâncias percorridas

por uma gota de óleo eletrizada

no aparato experimental

idealizado pelo norte americano

Robert Milikan (1909).

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Roteiro para a prática com o simulador "Balões e Eletricidade Estática".

Discussões Experimentais utilizando o software

"Balões e eletricidade estática"

FIGURA 3: Interface do software "Balões e

Eletricidade".

Fonte:https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/b

alloons

Pesquisado em: 12/03/2014.

Instrução inicial:

Antes de começar a responder à atividade 1 no

programa Balões e Eletricidade deixe marcado

"Mostrar todas as cargas" e desmarque "ignorar

a carga inicial do balão".

Atividade 1

Conte o número de cargas positivas e negativas

no balão:

Respostas: Cargas positivas ___________

Cargas Negativas __________

A partir dessa contagem podemos concluir que:

a) O balão não está eletrizado;

b) O balão está eletrizado;

c) Não é possível afirmar nada apenas com a

contagem das cargas do balão;

d) O número de cargas mostrado é infinitamente

grande, sendo impossível contabilizá-lo.

e) Não sei.

Instrução

Marque no programa o campo "Dois balões"

(aparecerá um balão azul).

Atividade 2

Coloque o balão azul próximo ao balão amarelo.

Verifique o que ocorre (atração ou repulsão ou

nenhuma interação entre eles). A partir do que foi

observado, pode-se concluir que:

a) Os dois balões estão eletrizados.

b) Os dois balões não estão eletrizados.

c) Não foi possível tirar conclusão sobre o estado

elétrico dos balões a partir de tal experimento.

d) Um balão está eletrizado e o outro balão

encontra-se neutro.

e) Não sei.

Atividade 3

Atrite os dois balões, podemos notar que:

a) Após o atrito eles se atraem.

b) Após o atrito eles se repelem.

c) Após o atrito eles não interagem porque não se

eletrizam.

d) Após o atrito um adquire carga e o outro se

descarrega.

e) Não sei.

Atividade 4

Atrite o balão amarelo no casaco. Em seguida, atrite

o balão azul no casaco. Tente aproximar os dois

balões. O que ocorre é:

a) Os balões se repelem.

b) Os balões se atraem.

c) Os balões não interagem.

d) Um balão é atraído pela parede e o outro não é.

e) Não sei.

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Instrução

Clique em recomeçar.

Atividade 5

Atrite um dos balões no casaco. Cole-o na parede.

Aproxime e encoste o outro balão ao balão da

parede, pode-se afirmar que:

a) O balão encostado eletriza-se por contato.

b) O balão encostado eletriza-se por atrito.

c) O balão encostado eletriza-se por indução.

d) O balão encostado não fica eletrizado.

e) Não sei.

Instrução

Marque no programa "não mostrar cargas" e

desmarque o campo "Dois balões" (o balão azul

irá sumir).

Atividade 6

Atrite o balão amarelo no casaco de lã. Em seguida,

afaste-o e solte o balão. O que acontece:

a) O balão e o casaco se atraem, porque ambos

ficam eletrizados por atrito.

b) O balão é atraído pelo casaco porque apenas este

último está eletrizado.

c) O balão atrai o casaco porque apenas o balão

ficou eletrizado por atrito.

d) Os prótons do casaco são transferidos para o

balão.

e) Não sei.

Instrução

Marque o campo "mostrar cargas resultantes"

Atividade 7

Podemos concluir que, na eletrização por atrito:

a) No fim do processo, os elementos ficam com

cargas de mesmo sinal.

b) No fim do processo, os elementos participantes

atraem-se.

c) No fim do processo, um dos corpos fica

carregado e o outro fica neutro.

d) Seria necessária a utilização de um fio terra para

este tipo de eletrização.

e) Não sei.

Atividade 8

Após a eletrização por atrito, ao aproximarmos o

balão da parede ele fica grudado porque:

a) Corpos eletrizados podem atrair corpos neutros;

b) Corpos neutros se atraem;

c) A parede está eletrizada;

d) Tanto a parede como o balão estão eletrizados;

e) Não sei.

Atividade 9

Quando aproximamos o balão da parede após o

atrito com o casaco vemos que ocorre a separação

de cargas nessa parede, tal fenômeno pode ser

caracterizado como:

a) Eletrização da parede;

b) Indução parcial, ou seja, separação momentânea

de cargas.

c) Eletrização por indução e a consequente

interação dos corpos;

d) Eletrização por contato;

e) Não sei.

Atividade 10 Pelo princípio da conservação das

cargas, os elétrons trocados entre o casaco e o

balão, na eletrização por atrito, fazem com que as

quantidades de carga deles sejam:

a) A mesma, porém com sinais opostos;

b) diferentes, porém com sinais opostos;

c) A mesma, no entanto, com sinais iguais;

d) Diferentes, mas com sinais iguais;

e) Não sei.

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Guia de aplicação do Roteiro para o simulador "Balões e Eletricidade Estática".

Orientação ao professor: Em sala de aula, muitas vezes, as definições e termos usados em

Física causam confusão aos estudantes. É comum, o aluno se confundir entre o termo Nêutron

(partícula subatômica desprovida de carga elétrica) e Corpo Neutro (corpo extenso com igual

quantidade de prótons e elétrons em sua estrutura). E os "atropelos" não param por aí, os

termos Potencial Elétrico e Energia Potencial Elétrica também são armadilhas ao

entendimento dos aprendizes. Uma maneira de esclarecermos essas dúvidas é através de

ferramentas computacionais, realizando pesquisa na internet, ou mostrando

experimentalmente as relações e distinções entre os conceitos. A fim de atenuar esses deslizes

do alunado, implementaremos a prática com simuladores, ocasião em que teremos a

oportunidade de debater ideias e conceitos próximos e muitas vezes controversos com as

concepções prévias dos estudantes. Para começar, utilizaremos o simulador "Balões e

Eletricidade" em que propomos algumas questões no intuito de promover a troca de

informações entre todos os envolvidos no processo de ensino.

Recomendamos que essa atividade seja feita em dupla e que seja dedicada a ela 1 aula de

50 mim

(Os estudantes foram autorizados a consultar o caderno e conversar ou trocar ideias

sobre as questões durante a atividade)

Estratégia de utilização do software:

A partir de situações-problema, discutimos as definições de corpo neutro, corpo eletrizado,

natureza das cargas que se movem nos processos elétricos, atração e repulsão, princípio de

conservação da carga, eletrização por atrito, eletrização por contato, indução eletrostática.

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Instrução inicial:

Antes de começar a responder à atividade 1, no programa Balões e Eletricidade, deixe

marcado "Mostrar todas as cargas" e desmarque "ignorar a carga inicial do balão".

Ao seguir a Instrução inicial, os estudantes irão visualizar a seguinte tela:

FIGURA 4: Tela para responder à atividade 1.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Pesquisado em 12/03/2014.

Ao verificar que os estudantes conseguiram chegar a este ponto o professor deve pedir para

eles fazerem a Atividade 1.

Atividade 1

Conte o número de cargas positivas e negativas no balão:

Respostas: Cargas positivas ___________

Cargas Negativas __________

A partir dessa contagem podemos concluir que:

a) O balão não está eletrizado;

b) O balão está eletrizado;

c) Não é possível afirmar nada apenas com a contagem das cargas do balão;

d) O número de cargas mostrado é infinitamente grande, sendo impossível contabiliza-lo.

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e) Não sei.

Objetivo: Essa atividade tem por objetivo fazer com que os estudantes notem que

quando um corpo possui igualdade entre o número de prótons e de elétrons em sua

estrutura, podemos dizer que ele está eletricamente neutro.

Comentário: Quando um corpo está eletricamente neutro ele não atrai e nem repele

outros corpos em sua vizinhança. Cumpre-nos salientar que os estudantes podem ter

alguma dúvida relativa à contagem, pois um dos sinais de carga negativa apresenta-se

mais espesso que os demais. No entanto, cabe ao professor prestar o esclarecimento que

se trata de somente uma unidade de carga (um elétron).

Gabarito: letra a.

Instrução

Marque no programa o campo "Dois balões" (aparecerá um balão azul).

A seguir aparecerá a seguinte tela (com ela, responderemos as Atividades 2 e 3):

FIGURA 5: Tela para responder à atividade 2.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Pesquisado em: 12/03/2014.

Atividade 2

Coloque o balão azul próximo ao balão amarelo. Verifique o que ocorre (atração ou repulsão

ou nenhuma interação entre eles). A partir do que foi observado, pode-se concluir que:

a) Os dois balões estão eletrizados.

b) Os dois balões não estão eletrizados.

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c) Não foi possível tirar conclusão sobre o estado elétrico dos balões a partir de tal

experimento.

d) Um balão está eletrizado e o outro balão encontra-se neutro.

e) Não sei.

Objetivo: Verificar se dois corpos neutros, de mesmo material, interagem com atração

ou repulsão.

Comentário: Nessa questão, o professor deve orientar os estudantes a verificar se o

balão de cor azul possui excesso de algum tipo de carga. Conforme será constatado,

ambos os balões apresentam-se neutros, assim pode-se verificar que corpos desprovidos

de eletricidade não interagem, ou seja, não estão sujeitos ao princípio da atração e

repulsão. Essa Atividade 2 reforça as considerações da questão anterior.

Gabarito: letra b.

Atividade 3

Atrite os dois balões, podemos notar que:

a) Após o atrito eles se atraem.

b) Após o atrito eles se repelem.

c) Após o atrito eles não interagem porque não se eletrizam.

d) Após o atrito um adquire carga e o outro se descarrega.

e) Não sei.

Objetivo: Verificar que dois corpos de mesmo material não se eletrizam por atrito.

Comentário: O professor pode, nesse ponto, reforçar a ideia de que corpos constituídos

de mesmo material têm a mesma tendência em atrair ou ceder elétrons. É interessante

recordar a série triboelétrica e sua maneira de utilização.

Gabarito: letra c.

Atividade 4

Atrite o balão amarelo no casaco. Em seguida, atrite o balão azul no casaco. Tente aproximar

os dois balões.

A tela observada será a seguinte:

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Figura 6: Tela para responder à Atividade 4.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Pesquisado em: 12/03/2014.

O que ocorre é:

a) Os balões se repelem.

b) Os balões se atraem.

c) Os balões não interagem.

d) Um balão é atraído pela parede e o outro não é.

e) Não sei.

Objetivo: Verificar a repulsão elétrica entre corpos eletrizados com cargas de mesmo

sinal.

Comentário: É interessante pedir aos estudantes que desmarquem a opção "Parede" no

simulador a fim de que a repulsão entre os balões seja mais bem percebida. Outra dica

importante é chamar a atenção ao fato de que quando os balões eletrizam-se as cargas

que se movem no processo são os elétrons (lembrando que os prótons estão presos no

núcleo atômico).

Gabarito: letra a.

Atividade 5

Atrite o balão amarelo no casaco de lã. Em seguida, afaste-o e solte o balão. O que acontece é:

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A seguinte tela será observada:

FIGURA 7: tela para responder à atividade 5

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Pesquisado em: 12/03/2014.

a) O balão e o casaco se atraem, porque ambos ficam eletrizados por atrito.

b) O balão é atraído pelo casaco porque apenas este último está eletrizado.

c) O balão atrai o casaco porque apenas o balão ficou eletrizado por atrito.

d) Os prótons do casaco são transferidos para o balão.

e) Não sei.

Objetivo: Verificar o princípio da Atração entre dois corpos eletrizados com sinais

opostos.

Comentário: Nessa atividade podemos observar que, após o atrito, o excesso de cargas

no balão faz com que ele interaja eletricamente com outros corpos eletrizados (casaco de

lã) e corpos passíveis de indução eletrostática (parede). Aproxime-o da parede e observe

que ele grudará nela.

Gabarito: letra a.

Atividade 6

Atrite um dos balões no casaco. Cole-o na parede. Aproxime e encoste o outro balão ao balão

da parede, pode-se afirmar que:

A tela que teremos é a seguinte:

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Figura 8: Tela para responder à atividade 6

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons

Pesquisado em 12/03/2014.

a) O balão encostado eletriza-se por contato.

b) O balão encostado eletriza-se por atrito.

c) O balão encostado eletriza-se por indução.

d) O balão encostado não fica eletrizado.

e) Não sei.

Objetivo: Observar que a eletrização por contato entre dois isolantes não é conseguida

facilmente.

Comentário: Quando eletrizamos um isolante, as cargas ficam "presas" na região onde

houve o contato. Pelo fato da estrutura dos isolantes não permitirem a movimentação de

cargas com facilidade, fazer a eletrização por contato entre dois dielétrico é tarefa assaz

complicada. Tal eletrização é mais comum e eficiente entre materiais condutores.

Gabarito: letra d.

Instrução

Marque o campo "mostrar cargas resultantes". Em seguida, atrite o balão ao casaco.

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Atividade 7

Podemos concluir que, na eletrização por atrito:

a) No fim do processo, os participantes ficam com cargas de mesmo sinal.

b) No fim do processo, os participantes atraem-se.

c) No fim do processo, um dos corpos fica carregado e o outro fica neutro.

d) Seria necessária a utilização de um fio terra para este tipo de eletrização.

e) Não sei.

Objetivo: Verificar os sinais das cargas dos corpos após o fenômeno da eletrização por

atrito.

Comentários: Nessa atividade, o professor deve pedir que os estudante sigam as

instruções da Atividade 5, após o atrito entre o balão e o casaco ambos se atraem

mutuamente, por isso, podemos concluir que eles possuem sinais opostos ao final desse

tipo de eletrização.

Gabarito: letra b.

Atividade 8

Após a eletrização por atrito, ao aproximarmos o balão da parede ele fica grudado por quê?

Quando atritamos o balão no casaco e o encostamos naparede, temos a seguinte tela

(podemos responder as atividades 8 e 9 a partir dessa imagem):

FIGURA 9: Tela para responder às atividades 8 e 9.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/balloons Pesquisado em: 12/03/2014.

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a) Corpos eletrizados podem atrair corpos neutros;

b) Corpos neutros se atraem;

c) A parede está eletrizada;

d) Tanto a parede como o balão está eletrizado;

e) Não sei.

Objetivo: Observar a indução eletrostática.

Comentário: Ao professor cabe explicar o fato de que um corpo carregado pode atrair

um corpo neutro. Convém fazer uma breve revisão da indução eletrostática.

Gabarito: letra a.

Atividade 9

Quando aproximamos o balão após o atrito com o casaco na parede vemos que ocorre a

separação de cargas nessa parede, tal fenômeno pode ser caracterizado como:

a) Eletrização da parede;

b) Indução parcial, ou seja, separação momentânea de cargas.

c) Eletrização por indução e a consequente interação dos corpos;

d) Eletrização por contato;

e) Não sei.

Objetivo: Reforçar os conceitos vistos na questão anterior.

Comentário: A fim de perceber que a parede apenas redistribuiu suas cargas sem haver

troca de cargas com o balão, é possível efetuar a sua contagem de cargas e notar seu

estado neutro.

Gabarito: letra b.

Atividade 10

Pelo princípio da conservação das cargas, os elétrons trocados entre o casaco e o balão, na

eletrização por atrito, fazem com que as quantidades de carga deles sejam:

a) A mesma, porém com sinais opostos;

b) Diferentes, porém com sinais opostos;

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c) A mesma, no entanto, com sinais iguais;

d) Diferentes, mas com sinais iguais;

e) Não sei.

Objetivo: Relembrar o conceito de sistema eletricamente isolado e de conservação da

carga elétrica.

Comentário: Uma sugestão interessante é pedir aos estudantes que realizem a soma

algébrica das cargas antes do atrito e após o atrito do balão com o casaco. Assim, como

consequência do princípio de conservação das cargas eles perceberão que a relação entre

as quantidades de eletricidade é Qbalão = - Qcasaco, ou seja, quantidade de cargas iguais,

mas de sinais opostos.

Gabarito: letra a.

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Roteiro para a prática com o simulador "Taxas e Campos".

Figura 10: Interface do software "Taxas e

Campos".

Fonte:https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/c

harges-and-field

Pesquisado em: 12/03/2014.

Instrução inicial

No simulador “Taxas e campos” marque a opção

“mostrar campo” no canto inferior direito do

simulador. Em seguida, marque a opção “apenas

direção”.

Atividade 1

Selecione uma carga positiva e a insira no centro da

tela do simulador. Faça um desenho do aspecto de

linhas de campo indicadas pelas setas alaranjadas

do programa. Retire a carga positiva e repita este

processo para a carga negativa. Faça o desenho

ilustrativo das linhas de campo para esta carga. Em

seguida, coloque a carga positiva ao lado de uma

carga negativa, ambas numa mesma linha

horizontal. Como fica o aspecto das linhas de

campo desta configuração de cargas (Faça um

desenho representando a situação)?

a) Desenho das linhas de campo para a carga

positiva.

b) Desenho das linhas de campo para a carga

negativa.

c) Desenho das linhas da carga positiva próxima

a carga negativa (dipolo elétrico).

Instrução

Clique na tecla "limpar tudo".

Atividade 2

Escolha uma carga (positiva ou negativa) e

centralize-a na tela. Agora escolha dois elementos

“sensores de campo elétrico” colocando um

próximo a carga e outro distante dela. O que você

nota? O campo elétrico é mais intenso próximo ou

distante da carga? Isso tem previsão pela teoria de

campo elétrico estudado em sala de aula?

Resposta:__________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

Instrução

Clique na tecla "limpar tudo".

Atividade 3

Selecione 6 cargas positivas e 6 cargas negativas.

Monte uma coluna de cargas positivas e outra de

cargas negativas paralela à primeira. Faça o

desenho ilustrativo das setas entre essas colunas de

cargas.

a) Desenho das linhas de campo entre as colunas

de cargas.

Instrução

Clique na tecla "limpar tudo". Em seguida,

marque a opção “mostrar números”.

Atividade 4

Escolha uma carga negativa ou positiva. Centralize-

a na tela. Escolha um sensor de campo elétrico.

Agora utilize a fita métrica disponibilizada no

programa e meça a distância entre a carga e o

sensor de campo. Faça a medida do potencial

elétrico com o medidor de potencial fornecido pelo

programa. Calcule o valor da constante eletrostática

do meio em questão. Podemos afirmar que essas

cargas estão no vácuo? Por quê?

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Atividade 5

Instrução

Clique em "limpar tudo". Selecione uma carga

negativa e centralize-a na tela do simulador.

Com o aparelho EQUIPOTENCIAL (no canto

inferior esquerdo) desenhe as equipotenciais de

valores -5 V, -7 V e -9 V.

a) Faça o desenho representativo dessas

equipotenciais.

b) Faça o desenho das linhas de campo

elétrico juntamente com o desenho dessas

equipotenciais. Qual é o ângulo entre elas?

c) Utilize o recurso "Mostrar números" e, em

seguida, fita métrica. Meça a distância

entre as superfícies equipotenciais.

Preencha a TABELA 9 abaixo. As

equipotenciais são igualmente espaçadas?

Sn, n = 0,1,2,3... denotam as equipotenciais

a partir da carga.

TABELA 1- Distância entre Equipotenciais

Elemento Distância medida

S0 (Carga)-----S1.(-9V)

S1(-9V)------S2(-7V)

S2(-7V)------S3(-5V)

d) Caso desejássemos levar uma carga de

prova de 2 C da equipotencial mais interna

(-9V) para a equipotencial mais externa (-

5V) determine o trabalho da força elétrica

para efetuar tal tarefa.

e) Calcule o quanto de energia potencial

elétrica essa carga de 2 C possui em cada

uma das superfícies equipotenciais (-5V),(-

7V) e (-9V).

Atividade 6

O campo elétrico é dito uniforme quando suas

linhas de campo podem ser representadas por setas

paralelas, igualmente espaçadas e, suas superfícies

equipotenciais mostram-se como planos

perpendiculares a estas linhas, conforme ilustra a

figura a seguir:

FIGURA 11: Campo Elétrico Uniforme.

Fonte:http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.b

r/2013/05/cursos-do-blog-eletricidade.html

Pesquisado em: 15/02/2013.

Considerando a situação acima descrita, responda:

a) Sabendo que o campo uniforme pode ser

obtido pela disposição paralela de uma

placa positiva e outra negativa, faça um

desenho mostrando essas placas na

situação da figura acima.

b) Sabendo que o campo elétrico acima

possui intensidade E = 10 V/m, quanto é a

distância entre duas equipotenciais

adjacentes?

c) Supondo que um cientista fez as seguintes

medições de forças em várias cargas

inseridas nesse campo da figura:

TABELA 2 - Cargas e Forças experimentadas no

Campo Elétrico.

d) Com base nesses dados, qual seria a

maneira de provar que se trata de um

Campo Elétrico Uniforme?

Carga Força

10C 100N

20C 200 N

30C 300 N

40C 400N

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Guia de aplicação do Roteiro para o simulador "Taxas e Campos".

Orientações ao professor: Nesse roteiro, temos por meta induzir o estudante a reproduzir as

linhas de campo de algumas configurações de carga elétrica, bem como fazer com que o

discente perceba as superfícies equipotenciais de cargas individuais, tudo a partir da

modificação que os portadores de carga provocam na região de sua vizinhança, exploramos

também, os conceitos de trabalho da força elétrica e campo elétrico uniforme. Arrolamos ao

todo 6 questões tentando abarcar com alguma profundidade esses temas. Os objetivos de cada

uma das questões são explicitados abaixo.

Recomendamos que essa atividade seja realizada em dupla e que seja dedicada a ela 2

ou 3 aulas de 50 mim

(Os estudantes foram autorizados a consultar o caderno e conversar ou trocar ideias

sobre as questões durante a atividade)

Estratégia de utilização do software:

Com o auxílio do simulador, incentivamos os estudantes a fazer o desenho de algumas

configurações de linhas de força e das superfícies equipotenciais. Com certos recursos do

software, os alunos fizeram medidas de distância entre equipotenciais e as organizaram em

uma tabela. Aplicamos algumas equações estudadas em sala de aula para efetuar o cálculo

de trabalho e quantidade de energia potencial quando uma carga teste se desloca no interior

do campo elétrico. A atividade 6 foi inserida como opcional para elucidarmos alguns

conceitos do campo elétrico uniforme (o simulador para tratar essa questão é dispensável).

Atividade 1

Objetivo: Tornar notável aos estudantes o aspecto e a orientação das linhas de campo de

uma carga puntiforme e de um dipolo elétrico. Conforme ilustração, temos um campo

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divergente para carga positiva, convergente para carga negativa e um aspecto de

superposição deles no caso do dipolo elétrico. Conforme as telas capturadas a seguir:

Carga positiva Carga Negativa

FIGURA 12: Aspecto de campo da carga positiva FIGURA 13: Aspecto de campo da carga negativa

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields. Pesquisado em 12/03/2014.

Dipolo elétrico

FIGURA 14: Configurações de linhas de Campo Elétrico para um Dipolo Elétrico.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields

Pesquisado em 12/03/2014.

Atividade 2

Objetivo: Observar a diferença de intensidade do campo elétrico próximo da carga fonte

e sua intensidade afastada dela visando enfatizar a relação de inverso do quadrado da

distância para o módulo do campo elétrico. Destaque circular em negrito, na figura,

feito por nós.

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FIGURA 15: Vetores Campo Elétrico próximo e afastado da Carga Fonte.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields

Pesquisado em12/03/2014.

Atividade 3

Objetivo: Obter a configuração de linhas de campo aproximada de um campo elétrico

uniforme. Veja figura abaixo. Podemos, inclusive, destacar o chamado "efeito de

borda".

FIGURA 16: Filas paralelas de cargas positivas e negativas

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields .Pesquisado em : 12/03/2014.

Atividade 4

Objetivo: Efetuar o cálculo da constante eletrostática do ambiente através da medida do

potencial e da distância a carga fonte considerando a igual a 1nC. Veja a tela a seguir:

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FIGURA 17: Medindo distância e Potencial Elétrico no campo de uma carga positiva.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields

Pesquisado 12/03/2014.

Sendo Q = 1 nC, d = 1,5 m e V = 6 V temos:

K = V.d / Q = 6.1,5 / 10-9 = 9.109 N.m² / C² , assim, podemos considerar o meio sendo o

vácuo*.

*A depender da acurácia das medidas teremos o ambiente sendo o vácuo, no entanto é

possível divergências nos cálculos devido ao próprio ato de medir (erro experimental).

Atividade 5

Objetivo: Perceber as superfícies equipotenciais e suas propriedades relativas as linhas

de campo. Calcular o trabalho da força elétrica necessário para mover a carga e sua

energia potencial em cada superfície equipotencial.

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FIGURA 18: Trançando equipotenciais.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/charges-and-fields Pesquisado em 12/03/2014.

Nota-se que as superfícies equipotenciais no campo de uma carga puntiforme não são

igualmente espaçadas.

Atividade 6 (opcional)

Objetivo: Nessa atividade, não há a necessidade de utilizar o simulador. Porém, sua

resolução por parte dos estudantes será importante para relembrar algumas

propriedades do Campo Elétrico Uniforme e das Superfícies Equipotenciais. Convém ao

professor, julgar sua aplicação oportuna ou não.

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Roteiro para o simulador “Kit de construção de circuitos DC".

TESTANDO A CONDUTIVIDADE DOS

MATERIAIS

FIGURA 19: Interface do software "Kit de

construção de circuitos DC"

Fonte:https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/c

ircuit-construction-kit-dc

Pesquisado 12/03/2014.

Objetivo

Verificar se diferentes materiais são condutores ou

isolantes elétricos.

Materiais

1 pilha (ou bateria), 1 lâmpada, fios condutores.

Montagem e Procedimento

Construa o "circuito teste" a seguir:

FIGURA 20: "Circuito teste”.

Fonte: Perruzzo, 2013, p.37. Pesquisado em

12/03/2014.

Sabendo que se o material testado for isolante a

lâmpada não acende, mas se o material for condutor

ela acende. Realize a atividade a seguir:

Atividade1: Utilizando o simulador "Kit de

construção de circuitos DC", realize o teste dos

seguintes materiais:1 cédula de papel, 1 clipe, 1

pedaço de borracha, 1 pedaço de grafite, a mão de

uma pessoa, uma moeda metálica -tais materiais

encontram-se no item "Sacola Cheia" na interface

do programa e, a seguir, preencha o quadro:

QUADRO 3- Materiais e suas características.

Material Isolante/condutor

Papel

Clipe

Borracha

Grafite

Moeda

Mão humana

Atividade2: Houve algum resultado inesperado? Se

afirmativo, qual (is) e por quê?

Atividade 3: Caso fossem testados uma tampa

plástica de caneta, um pedaço de porcelana, um

pedaço de vidro e o ar atmosférico. O que

aconteceria com a lâmpada? Por quê?

Atividade 4: Pesquise no site de busca Google o

que são materiais semicondutores e

supercondutores e dê exemplos desses materiais.

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Guia de aplicação para o Roteiro do simulador "Kit de construção de circuitos DC".

Orientações ao professor: O objetivo principal dessa simulação é mostrar aos estudantes o

caráter condutor ou isolante de alguns materiais. Contudo, a classificação de um material em

uma classe ou outra depende do fator diferença de potencial. Assim, para pequenas voltagens,

um material bom condutor pode oferecer resistência de tal maneira a ser considerado um

dielétrico. Nessa atividade, propomos o auxílio do professor aos alunos na montagem do

"circuito teste" e esclarecimentos acerca da essência da condução elétrica: haver portadores de

carga livre na estrutura reticular do material. Devido ao enfoque que cada docente pretende

dar, foram propostas apenas quatro atividades, uma vez que o simulador em questão

apresenta-se com mais possibilidades em eletrodinâmica que em eletrostática. Ficará a cargo

do professor a escolha da abordagem que dê privilégio a eletrostática ou a eletrodinâmica ou

a ambas.

Recomendamos que essas atividades sejam feitas em dupla e que seja dedicada a elas 1

aula de 50 mim

(Os estudantes foram autorizados a consultar o caderno e conversar ou trocar ideias

sobre as questões durante a atividade)

Estratégia de utilização do software: Nas atividades que seguem, nos preocupamos em testar

os materiais em um circuito elétrico e com base no acendimento de uma lâmpada (pela

movimentação de cargas através do material em análise) classificá-lo como condutor ou

dielétrico.

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Atividade 1

Classificar os materiais a seguir em condutores e isolantes:

QUADRO 4 - Gabarito da Atividade 1

Material Isolante/condutor

Papel ISOLANTE

Clipe metálico CONDUTOR

Borracha ISOLANTE

Grafite CONDUTOR

Moeda CONDUTOR

Mão humana ISOLANTE

Cada material acima pode ser classificado em condutor ou isolante conforme acendimento ou

não da lâmpada do "circuito teste". Na figura a seguir, vemos o teste do "clipe metálico" e,

conforme esperado, o acendimento da lâmpada mostrando sua classificação como material

condutor.

FIGURA 21: Testando o clipe metálico.

Fonte: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/circuit-construction-kit-dc. Pesquisado 12/03/2014.

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Prosseguimos efetuando os testes com os demais materiais.

Atividade 2

Nessa atividade, indagamos os discentes se ocorreu ou não algum resultado inesperado.

Duas discrepâncias podem ser constatadas: o grafite e a mão humana. No caso do grafite,

podemos notar que a lâmpada não acende. Porém podemos inserir mais baterias (três baterias)

a ponto de notarmos a movimentação dos elétrons pelo circuito e o classificarmos como

condutor. No caso da mão humana podemos notar que seu impedimento ao fluxo de cargas

faz com que ela seja condutora a faixas maiores de voltagem (não há possibilidade de

constatar tal fato pelo simulador) e isolante a pequenas voltagens. Sugerimos que os

estudantes façam a busca em sites de pesquisa para ensejar às discussões. Uma analogia com

o pássaro que pousa nos fios de alta tensão pode gerar ótimos comentários.

Atividade 3

Nessa atividade, sugerimos que os estudantes pesquisem na internet, em um livro didático ou

no caderno acerca da condutividade do vidro, da porcelana e do ar atmosférico. Algumas

discussões podem ser incentivadas: condutividade de gases e condutividade em outros estados

como em meio sólido e líquido.

Atividade 4 (Opcional)

Nessa atividade, sugerimos a pesquisa, num site de busca - Google-, do conceito de materiais

semicondutores e supercondutores a fim de ampliar a noção da classificação dos materiais. É

interessante enfatizarmos as inúmeras aplicações práticas desses materiais, quais sejam: na

eletrônica e nos trens de alta velocidade (Maglev).

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Roteiro para prática com o simulador "Experimento de Milikan".

O objetivo da experiência de Milikan é a

determinação da carga do elétron. Isto não é muito

fácil, porque, mesmo antes de Milikan ter realizado

seu famoso experimento e que desejamos

reproduzir, já se sabia que essa carga deveria ser

muito pequena. Assim, o artifício experimental

proposto foi o de determinar a carga elétrica

existente em apenas uma microgota que se

deslocava sob a ação dos campos elétrico e

gravitacional. O aparato utilizado por Milikan e sua

simplificação estão ilustrados a seguir:

FIGURA 22: Armadura metálica do arranjo de

Milikan.

Fonte: Robert A. Millikan; “On the Elementary

Electrical Charge and the Avogadro Constant”,

Physical Review, Second Series, vol. II, nº 2, pp.

109-143, (1913) apud:Algatti, 2007.

Pesquisado 12/03/2014.

O equipamento consiste de dois eletrodos paralelos

(um negativo e outro positivo) com um pequeno

orifício na placa superior. Acoplado a esse sistema,

temos uma câmara na qual é borrifada uma pequena

quantidade de óleo sob a forma de minúsculas

gotas. As gotas iniciam sua queda cabendo ao

experimentador determinar seu tempo de descida

sob ação exclusiva da gravidade durante certa

distância (campo elétrico desligado). A seguir,

ligando-se a bateria e ativando os eletrodos, uma

força de origem elétrica faz com que a gota suba,

então, podemos cronometrar seu tempo de subida e

anotar diversas vezes tal dado e a distância em que

isto foi feito. Repetindo muitas vezes a medida,

encontramos valores diferentes para a carga das

gotas. Ora, estes valores deveriam corresponder a

diferentes números de elétrons contidos nas

microgotas e que forçosamente deveriam ser

múltiplos da carga de um único elétron. Finalmente,

calculando-se o máximo divisor comum das cargas

totais apresentadas pelas gotas encontra-se o valor

da carga do elétron.

Atividade: Com ajuda do professor, escolha um

companheiro (a) para que, em dupla, realizarem a

série de medidas capazes de determinar o valor da

carga elementar utilizando o programa

computacional "Campo Elétrico e

Gravitacional/Experimento de Milikan".

Dica: Para o cálculo do m.d.c entre três valores,

utilize a página na internet "matemática didática”:

www.matematicadidatica.com.br.

FIGURA 23: Esquema simplificado do aparato de

Milikan.

Fonte: Alonso & Finn vol.2, 1972, p.12.

Pesquisado 12/03/2014

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Roteiro da simulação:

FIGURA 24: Interface do software Experimento de

Milikan.

Fonte:http://177.71.183.29/acessa_fisica/subsites/3

53/bin-release/AcessaFisica.html

Pesquisado 12/03/2014.

1º Passo:

Primeiramente, nessa simulação, temos o objetivo

de cronometrar o tempo de queda de uma gota

eletrizada inserida no aparato de Milikan sem a

ação da força elétrica. Para isso, devemos escolher

intervalos de distância iguais ou superiores a 2 mm,

ou seja (2,0 mm, 2,5 mm, 3,0 mm, 3,5 mm ou 4,0

mm). A partir desse feito, iremos inserir os valores

de tempo e de distância medidos nas lacunas

superiores em "Campo elétrico: Desligado". Ao

cumprirmos tal objetivo, o programa irá calcular a

velocidade da gota.

Atividade1: Realize a medida de tempo com o

"Campo elétrico desligado" e insira seus dados nas

linhas abaixo:

TABELA 3 -Medições com Campo Elétrico

"Desligado"

2º Passo:

Cumprida a primeira missão, devemos observar,

agora, como se movimenta a gota de óleo eletrizada

numa região com existência de força elétrica.

Assim, faremos a gota descer e quando ela estiver

no ponto mínimo da escala (0 mm) ligamos o

campo elétrico e cronometramos o tempo de subida

para percorrer a distância escolhida igual ou maior

a 2 mm. Devemos efetuar esse procedimento 9

vezes. Após finalizarmos, clicamos na tecla

“ordenar” do programa. Fazemos a escola de três

valores (arredondando na primeira casa decimal

para que tenhamos apenas três casas decimais)para

o cálculo do m.d.c. Como o mdc é definido apenas

para valores inteiros, multipliquemos por 10 após o

arredondamento e, no resultado final, efetuamos

m.d.c/10 como o valor de carga elementar

encontrado.

TABELA 4 - Medições com o Campo Elétrico

"Ligado".

Atividade 3: Quais foram seus números de carga

para o m.d.c? Quanto resultou o m.d.c?

Atividade 4: Qual foi o valor da carga elementar

encontrada? Em caso de discordância do valor

exato, como você explica essa diferença?

Distância (mm)

Tempo (s)

Velocidade (mm/s)

Carga (10-19 C)

Distância(mm) Tempos (s) Velocidade(mm/s)

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Guia de aplicação para o Roteiro "Experimento de Milikan".

Recomendamos que essas atividades sejam feitas em dupla e que seja dedicada a elas 2

ou 3 aulas de 50 mim

(Os estudantes foram autorizados a consultar o caderno e conversar ou trocar ideias

sobre as questões durante a atividade)

Estratégia de utilização do software:

Nesse simulador, os alunos farão medições de tempo e o programa dará a velocidade de

queda e de ascensão da microgota eletrizada deslocando-se no aparato de Milikan. A partir

de então, os estudantes farão a tabulação desses dados no software e a partir de um mdc

( máximo divisor comum) chegarão ao valor estimado da carga elementar.

Orientações ao professor: Nessa atividade de simulação, o professor pode dar alguns

esclarecimentos prévios acerca do movimento de um corpo num meio viscoso. Uma atividade

interessante é orientar a pesquisa de alguns tópicos relativos aos tema na internet. Um

exemplo de pesquisa realizada foi a seguinte:

Acesse o site de busca (Google) e procure as seguintes informações:

a) Gráfico da velocidade de queda livre de um corpo sem resistência do ar;

b) Gráfico da velocidade de queda livre de um corpo com resistência do ar;

c) Expressão da força de viscosidade do ar;

d) O experimento de Milikan; Caso o professor não deseje direcionar os alunos a esta

pesquisa, ele pode, com auxílio do próprio programa analisar o movimento de uma partícula

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num meio viscoso. Basta, para tanto, selecionar o simulador "Atividade 1 / velocidade limite"

(no menu iniciar atividade). Após essa seleção, escolha o valor da constante de viscosidade K

(sugiro k = 5) clique em iniciar e logo em seguida o campo "marcar". O gráfico obtido será o

seguinte:

GRÁFICO 25 - Queda de uma gota num meio viscoso.

Fonte: http://177.71.183.29/acessa_fisica/index.php/acessafisica/Midias/Software. Pesquisado em 15/08/2014.

Observa-se que o movimento torna-se retilíneo e uniforme após um breve intervalo de tempo.

A seguir, cabe ao professor, evidenciar o problema fundamental para a determinação da carga

do elétron a partir do aparato de Milikan, qual seja: supondo a queda livre de uma migrogota

eletrizada, em um meio viscoso (ar), e seu movimento de ascensão pelo campo elétrico nesse

ambiente, calcular a carga da gota levando em conta a ação da força gravitacional, força

elétrica e força de viscosidade do meio sobre a gota. Podemos fazer uma breve análise de

forças agindo no movimento de descida e de subida da gota e retirar informações importantes

do estudo dessa dinâmica:

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Movimento de descida

FIGURA 26: Análise do movimento de queda livre de uma microgota com resistência do ar.

Quando a gota atinge sua velocidade limite temos um movimento retilíneo uniforme com

força resultante nula Fr= 0, temos: Fv = P (onde “Fv” denota a força de viscosidade e “P” o

peso da gota), nesse momento, K.v = m.g . Cumpre-nos ressaltar que nesse primeiro

momento o campo elétrico encontra-se desligado.

Movimento de subida

FIGURA 27: Análise do movimento de subida de uma microgota levando em consideração a resistência do ar e

ação da força elétrica.

Quando em movimento retilíneo e uniforme de subida, Fr= 0 temos: q.E = m.g + K.v' , mas

m.g = K.v , onde v é a velocidade terminal de descida, assim :

q.E = K.v + K.v' , Logo: q = K. (v + v') / E.

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Por isso a necessidade de inserir tempos e distâncias no programa, ou seja, estimando as

velocidades o software tem condições de nos fornecer a carga da gota já que o campo

elétrico é um parâmetro intrínseco.

Uma maneira de os estudantes terem contato prévio com este cálculo é fazê-los pesquisar na

internet como foi idealizado o cálculo por Milikan. Sugerimos o site da Wikipédia

(pt.wikipedia.org). Reitero que nesse simulador, o professor pode dar a noção de

velocidade terminal, utilizando a opção simular velocidade limite (no menu iniciar

atividades). A fim de um detalhamento maior no manuseio do software, recomendamos a

leitura do "Guia do usuário" contido na interface do programa (na tela inicial).

A título de orientação, segue uma tabela com os dados coletados:

FIGURA 28: Coleta de dados no software Experimento de Milikan

Fonte: http://177.71.183.29/acessa_fisica/subsites/353/bin-release/AcessaFisica.html. Pesquisado 15/03/2014.

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TABELA 5: Janela de dados coletados organizados a partir da "tecla Ordenar" .

Fonte: http://177.71.183.29/acessa_fisica/subsites/353/bin-release/AcessaFisica.html

Pesquisado 15/03/2014.

Escolhendo os valores de carga que estão associados à mesma velocidade e fazendo a média

aritmética entre eles, temos a média 6,36 para a velocidade 0,08 mm/s. Já para a velocidade

de 0,13 mm/s obtemos a média de 8,01. Agora, para a velocidade de 0,18 mm/s, a média fica

9,73. Multiplicando esses números por 10 a fim de fazermos o m.d.c entre números inteiros

ficamos com 63,6 / 80,1/ 97,3. Então o m.d.c seria entre 64, 80 e 97. O ideal seria termos 96

como uma das medidas, pois teríamos 16 como m.d.c. Assim, conseguiríamos a carga

elementar de 1,6.10-19 C, o valor esperado. Basta orientarmos os estudantes a efetuar o m.d.c

entre dois desses valores, por exemplo, 64 e 80 e então chegarmos ao número procurado.

Cabe ao professor indicar os valores mais adequados a fim de obtermos o valor desejado uma

vez que nessa atividade a maior relevância deve ser dada ao entendimento da prática de

medida que pode conter distorções de caráter humano e da própria limitação do software.

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Na intenção de trazer à tona discussões acerca de outros conceitos importantes para a

eletrostática, foram selecionados 5 textos pelo professor a fim de evidenciar os

fundamentos dessa área da Física no cotidiano dos estudantes, bem como relacioná-los,

quando possível, à prática experimental. Os apontamentos feitos pelo professor em sala

de aula foram inseridos após cada texto na forma de “Comentários”

Texto Discussões levantadas

"A Eletricidade no dia a dia"

Eletrização por atrito, descarga de condutores,

fatores que influenciam a eletrização (umidade do

ar, tipo de material, tamanho do corpo) e passagem

de cargas pelo corpo humano.

"Discutindo atividades Experimentais"

Eletrização por atrito, contato e indução, pêndulo

eletrostático, força eletrostática, condutores e

isolantes.

"A eletricidade na Atmosfera"

Formação dos raios, rigidez dielétrica do ar, campo

elétrico, potencial elétrico, eletricidade da Terra,

trabalho da força elétrica, para-raios, blindagem

eletrostática e superfícies equipotenciais.

"Aspectos experimentais das Linhas de

Força"

Existência experimental das linhas de campo,

poder das pontas, blindagem eletrostática, efeito de

borda, campos elétricos em geral.

"Condução Elétrica num Meio

Eletrolítico"

O fluxo de eletricidade no meio líquido e a

influência da composição atômico-molecular na

condutividade de diversos materiais.

QUADRO 5 - Textos utilizados nas discussões em sala de aula.

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Texto debatido em sala de aula: Eletrização por atrito no dia a dia

Eletrização por atrito no dia a dia

Quando você se penteia, se os cabelos e o pente

estão bem secos, os fios de cabelo eletrizam-se com

cargas de mesmo sinal e repelem-se uns aos outros.

Você fica com o “cabelo em pé”. Ao tirarmos uma

roupa de nylon ou de lã, o atrito com o corpo

provoca a eletrização do tecido, e, se estivermos no

escuro, ocorrerão pequenos estalos. Isso se deve às

pequenas faíscas que surgem entre o corpo e a

roupa, provocadas pelo escoamento de cargas

elétricas. Caminhando sobre um tapete de lã, você

pode ficar “eletrizado” devido ao atrito de seus

sapatos com o tapete. Assim, ao tocar na maçaneta

da porta, por exemplo, uma pequena faísca talvez

salte de sua mão, e você sentirá um leve choque.

Quando limpamos uma roupa usando um pano

umedecido com álcool, o atrito eletriza a roupa,

saltando faíscas que podem provocar o incêndio dos

vapores do combustível. Tudo isso ocorre em dias

secos, pois a umidade existente no ar torna mais

difícil a eletrização.

Os veículos também se eletrizam quando se

movimentam, devido ao atrito com o ar

atmosférico. Aviões possuem pequenos fios

prolongando-se das asas, através dos quais as

cargas elétricas escoam para o ambiente.

Caminhões que transportam combustíveis são

ligados à Terra quando estão reabastecendo os

postos. Em clima seco, certos veículos conservam

mais eletricidade adquirida por atrito, e o

passageiro, ao descer leva um pequeno choque, pois

faz a ligação do automóvel com a Terra. Em muitos

carros, os assentos são feitos de tecido entremeado

com fios metálicos. Pelo atrito com os bancos,

ocorre a eletrização do passageiro. O segredo para

evitar o choque nessa circunstância é segurar na

parte metálica da porta antes de pôr o pé no chão,

ao sair do carro: isso provocará o escoamento das

cargas para o solo.

Observações: Em termos de manifestações

elétricas, a Terra é considerada um enorme

elemento neutro, pois tem a propriedade de

neutralizar, cedendo ou recebendo elétrons, todos

os corpos que entram em contato com ela. Assim,

ao ligarmos um condutor à Terra, dizemos que ele

se descarrega, isto é, fica neutro. É o que ocorre

com o fio Terra. Ele nada mais é que um fio de

cobre ligado a uma ou mais hastes metálicas,

enterradas no chão, evitando o acúmulo de cargas

elétricas em aparelhos como o chuveiro elétrico.

Texto retirado de:

profcassiofernando.blogspot.com.br

Pesquisado em 12/03/ 2014

Discutindo o texto:

a) Em muitas passagens do texto, o autor

mencionou as expressões “cabelos e

pentes bem secos” e “Em clima seco”.

Você acredita que a umidade do ar pode

afetar a eletrização dos corpos? Por quê?

b) Após a leitura do texto podemos inferir

que o choque elétrico ocorre quando há

movimentações de carga através do nosso

corpo? Em caso afirmativo, cite a

passagem que comprova tal fato.

c) Quando estamos viajando por uma

rodovia, às vezes, percebemos caminhões

de combustível arrastando uma corrente no

para-choque. Por que isso acontece?

d) Qual é a importância de termos o

aterramento em alguns aparelhos elétricos

residenciais?

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Comentários sobre o texto: Eletrização por atrito no dia a dia

Objetivo: Fazer comentários acerca dos fatores que influenciam o processo de

eletrização por atrito (umidade do ar, tipo de material, entre outros) além de evidenciar

aos estudantes a proximidade do tema com alguns fatos do cotidiano, num claro enfoque

à fenomenologia.

Gabarito das atividades propostas:

a) Observe o último período do primeiro parágrafo: "Tudo isso ocorre em dias secos, pois a

umidade existente no ar torna mais difícil a eletrização" (grifo nosso).

Aqui, cabe ao professor fazer as ponderações de conhecimento experimental sobre a

eletrização por atrito. Podemos afirmar que a eletrização por atrito é bastante influenciada

pela umidade do ar, pelo tipo de material que compõem os corpos e pela geometria dos corpos

(formato). Na eletrização por contato, por exemplo, além dos fatores citados, o tamanho dos

corpos é determinante para dizer que corpos maiores terão mais carga no fim do processo (em

virtude de sua capacitância eletrostática ser maior). Nos condutores esféricos, a capacitância

pode ser obtida pela razão entre o raio do condutor R e a constante eletrostática do meio K

(C= R/K). Por isso que as dimensões de todo objeto em contato com nosso planeta Terra, cujo

raio R é infinitamente maior que qualquer corpo comum troca cargas com ela e se descarrega.

b) No segundo parágrafo, a passagem: "Em clima seco, certos veículos conservam mais

eletricidade adquirida por atrito, e o passageiro, ao descer leva um pequeno choque, pois faz a

ligação do automóvel com a Terra". Comprovando que o choque elétrico é proveniente da

movimentação de cargas pelo corpo da pessoa.

c) Devido o atrito com o ar, que contém partículas de poeira, os veículos de maneira geral (os

caminhões igualmente) eletrizam-se por atrito. No entanto, as partes pontiagudas da lataria

geram regiões de grande repulsão de cargas e, uma vez que ocorra a quebra do caráter isolante

do ar (rigidez dielétrica) devido a excessiva tensão nessas regiões, o centelhamento tornaria o

caminhão de combustível uma "bomba" em potencial. As correntes servem para escoar as

cargas suavemente no solo, a fim de evitar o acúmulo excessivo de cargas e seu

centelhamento.

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d) Os fios de aterramento nos aparelhos elétricos residenciais têm por objetivo escoar as

cargas residuais que podem ficar na superfície externa do aparelho por meio de

funcionamento anormal ou mera conexão errônea do aparelho com a rede elétrica.

Observação: Aqui, o texto dá enfoque à eletrização por atrito. Contudo, muitos fatos

interessantes acerca dos outros processos de eletrização podem ser mencionados pelo

professor. Destaco, ao menos, o seguinte: Temos que a eletrização por atrito é mais eficiente

entre materiais isolantes, já a eletrização por contato funciona melhor entre materiais

condutores, o mesmo acontecendo com a eletrização por indução. Sugiro uma rápida pesquisa

na web a fim de delimitar tais considerações.

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Situações experimentais discutidas em sala de aula.

Atividade experimental 1

Esfregue em sua roupa o corpo de uma caneta de

plástico. Em seguida, aproxime-o de pequenos

pedaços de papel. Observe que os pedacinhos de

papel são atraídos, encostam no plástico e caem.

Responda:

FIGURA 29: Caneta após atrito com a roupa.

Fonte:http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTec

nicaAula.html?aula=22083

Pesquisado 16/04/2014.

a) Por que o plástico da caneta atrai os pedaços de

papel?

b) Qual é o mecanismo dessa atração?

c) Por que os pedaços de papel caem após o contato

com o plástico?

Atividade experimental 2

Com um canudo de refresco "sanfonado", construa

um pêndulo elétrico, como mostra a figura 1:

amarre na extremidade de uma linha uma pequena

bolinha de isopor envolta em papel-alumínio e

suspenda no canudo.

Aproxime do pêndulo o plástico da caneta (ou

pente) previamente atritado na roupa. Você vai

verificar que a bolinha do pêndulo é atraída,

encosta no plástico e, a seguir, é repelida, como

mostra a figura 30.

FIGURA 30: interações entre canudo e pêndulo

elétrico. Fonte: GASPAR, 2001,p. 58. Pesquisado

16/04/2014.

a) Explique o que aconteceu em termos de

fenômenos elétricos para justificar tal ocorrência.

b) De que maneira você deveria proceder para saber

o sinal da carga do plástico eletrizado?

Atividade experimental 3

Grudando balões na parede

Encha o balão de ar e dê um nó em sua extremidade

para que o ar não escape. Esfregue o balão no

cabelo, que deve estar seco, e encoste o balão na

parede ou no teto. O que ocorre?

FIGURA 31: Atritando o balão no cabelo e

colando-o na parede.

Fonte: Valadares, 2000, p.112.

Pesquisado 16/04/2014.

a) Explique o porquê o balão gruda na parede.

b) O que acontece com as cargas elétricas na parede

que possibilitam este acontecimento?

c) Caso este balão fosse colocado próximo a uma

lata de refrigerante metálica, eletricamente neutra,

deitada sobre uma mesa sem atrito, conforme a

figura a seguir:

FIGURA 32: Aproximação de balão eletrizado a

uma lata numa superfície lisa.

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d) O que você acha que ocorrerá? Desenhe a

distribuição de cargas na superfície da lata e as

forças elétricas nos extremos da lata.

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Comentários sobre o texto: Atividades experimentais discutidas em sala de aula

Objetivo: Mostrar aos estudantes um conjunto de experiências simples sobre os

processos de eletrização e relembrar alguns conceitos iniciais da eletrostática (corpo

neutro, atração e repulsão, pêndulo eletrostático entre outros).

Gabarito/comentários da Atividade 1

a) O plástico da caneta atrai os pedaços de papel porque a caneta ao ser atritada com a roupa

eletriza-se por atrito. Assim, ao aproximá-la dos pedaços de papel, ocorre o que chamamos de

polarização do dielétrico (o análogo da indução eletrostática com os condutores).

b) Polarização do dielétrico.

c) Após o contato com a caneta o papel eletriza-se com carga de mesmo sinal. Assim, eles se

repelem e o papel não gruda mais nela.

Gabarito/comentários da Atividade2

a) No atrito com a roupa, o pente ou a caneta de plástico adquirem certa quantidade de carga.

Quando encostados no pêndulo este se eletriza com carga de mesma natureza, assim ocorre a

repulsão.

b) Deveríamos consultar a série triboelétrica ou carregar o pêndulo inicialmente com carga de

sinal conhecido (por exemplo, positivo) e notar que: se houver atração, temos sinais opostos

(pente ou caneta negativos) ou se houver repulsão, temos sinais iguais (pente ou caneta

positivos).

Gabarito/ comentários Atividade 3

a) Após esfregarmos o balão no cabelo temos uma eletrização por atrito de ambos. Então o

balão gruda na parede porque ele faz a polarização dielétrica das moléculas contidas nela (a

parede).

b) Polarização do dielétrico.

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c) Ocorreria indução eletrostática, pois a lata de refrigerante trata-se de um material condutor.

Assim, como a região próxima ao balão fica com excesso de cargas negativas e a região

oposta com excesso de cargas positivas. Pela Lei de Coulomb, a força de atração "vence"

(maior módulo) a de repulsão, pois a distância é menor.

d) Na figura, temos (força de atração) Fa > Fr (força de repulsão). Assim, a lata vai de encontro

ao balão (esquerda).

FIGURA 33 - Diagrama de forças

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Texto discutido em sala de aula: A eletricidade na atmosfera.

A eletricidade na atmosfera

Num dia comum, de atmosfera calma, a partir da

superfície terrestre, nas proximidades desta e no

sentido ascendente, o potencial elétrico aumenta na

razão de aproximadamente 100 V por metro

(Fig.34). Este fato nos permite concluir que existe

um campo elétrico produzido pela Terra de

intensidade E= 100 V / m, orientado para baixo. O

vetor campo elétrico voltado para a superfície

terrestre significa que nesta se distribuem cargas

elétricas negativas.

FIGURA 34- Equipotenciais e campo elétrico nas

proximidades da Terra.

Fonte: Calçada e Sampaio, 1985, p.261.

A presença de uma pessoa modifica a distribuição

das superfícies equipotenciais conforme mostra a

Fig.35. O corpo humano é um condutor

relativamente bom de tal modo que ele e a

superfície terrestre formam uma superfície

equipotencial. Assim, se a altura da pessoa for de

1,80 m entre seus cabelos e seus pés, não existirá

uma d.d.p de 180 V como se poderia imaginar.

FIGURA 35- Equipotenciais próximas a uma

pessoa no solo.

Fonte: Calçada e Sampaio, 1985, p.261.

Devido a existência de radiações de materiais

radioativos, radiações ultravioleta e raios cósmicos,

a atmosfera apresenta íons positivos e negativos.

O campo elétrico terrestre movimenta estes íons. Os

íons positivos deslocam-se no sentido do campo e

atingem a superfície terrestre, na razão de

aproximadamente 1800 C por segundo. A carga da

Terra, sendo negativa de – 580 000 C, com a

chegada de 1800 C / s, se neutralizaria em poucos

minutos. Mas existe uma outra fonte de cargas

negativas que atingem a Terra, mantendo sua carga

negativa: são os temporais violentos com seus raios.

Estimativas mostram que caem cerca de 100 raios

por segundo no planeta, transportando

aproximadamente - 1800 C/s.

Experiências realizadas com naves e balões

mostram que as nuvens de tempestades

(responsáveis pelos raios) apresentam, geralmente,

cargas elétricas positivas na parte superior e

negativas na inferior Fig. 3.

FIGURA 36- Polarização de nuvem

Fonte: Calçada e Sampaio, 1985, p.262.

Formação dos raios:

As cargas positivas estão entre 6 e 7 Km de altura,

enquanto que as negativas, entre 3 e 4 km. A

diferença de potencial entre a parte negativa da

nuvem e a Terra varia entre 10 000 kV e 1 000 000

kV.

Para que uma descarga elétrica (raio) tenha início

não há necessidade que o campo elétrico atinja a

rigidez dielétrica do ar (3. 106 V/m), mas se

aproxime dela (1.104 V/ m são suficientes).

O fenômeno inicia-se com uma primeira etapa: uma

descarga-piloto, de pouca luminosidade, na forma

de árvore invertida, da nuvem para a Terra (Fig.37).

Ela vai ionizando o ar

FIGURA 37- Descarga- piloto.

Fonte: Calçada e Sampaio, 1985, p.262.

Uma vez que a descarga- piloto atinja o solo, tem

início uma segunda etapa: a descarga principal. Ela

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é de grande luminosidade, dirigida da Terra para a

nuvem, tem velocidade da ordem de 30 000 Km/s e

a ela está associada uma corrente elétrica de

intensidade variando entre 10 000 A a 200 000 A.A

descarga principal segue, aproximadamente o

caminho da descarga-piloto que ionizou o ar.

Normalmente, quando se menciona um raio,

referimo-nos à descarga principal. Ela provoca

aquecimento (chegando às vezes ter consequência

explosiva ou incendiária) e efeitos dinâmicos

devido à rápida expansão da massa de ar.

O efeito luminoso do raio é denominado relâmpago

e o efeito sonoro, que resulta do forte aquecimento

do ar originando sua rápida expansão, é

denominado trovão. Há raios não só entre uma

nuvem e a Terra, mas entre as partes de uma mesma

nuvem.

Texto retirado de: Física Clássica, Caio Sergio calçada e José

Luiz Sampaio, Editora Atual 1985 pág 261-263.

Pesquisado 16/04/2014.

e) Baseando-se no exposto pelo texto o

ditado popular: “Os raios não caem duas

vezes no mesmo local” apresenta-se como

algo fisicamente válido? Justifique?

f) De acordo com o texto, o campo elétrico

da Terra faz com que os íons positivos

atinjam sua superfície na taxa de 1800 C/s,

ao passo que o total de descargas negativas

equivale a este mesmo número. Qual é o

princípio físico envolvido nessa afirmação

a fim de que a carga do planeta permaneça

invariável?

Discutindo o Texto:

a) No texto, o autor menciona o valor da

carga da Terra como – 580 000 C ,

considerando o raio do planeta como R =

6400 km. Calcule em, N/C, o valor do

campo elétrico na superfície do planeta.

Dado: Kar = 9. 109N.m²/ C². Podemos

afirmar que esse valor é muito distante de

100 V/ m? Por quê?

b) Na passagem do texto: “Assim, se a altura

da pessoa for de 1,80 m entre seus cabelos

e seus pés, não existirá uma d.d.p de 180 V

como se poderia imaginar”. Por que isso

não ocorre?

c) Qual é o trabalho realizado pela força

elétrica para levar um cátion de carga 1,5

C a 2 m acima do chão, caso ele se

desprenda?

d) Quando o campo elétrico atinge a ordem

de 104 V/m podemos dizer que ele ainda

comporta-se como isolante? Justifique?

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Comentários sobre o texto: A eletricidade na atmosfera.

Objetivo: Evidenciar aos estudantes que a Terra comporta-se como um imenso condutor

de eletricidade e que os conceitos de campo elétrico, potencial elétrico, linhas de campo e

superfícies equipotenciais são instrumentos presentes na descrição de fenômenos

atmosféricos. Aqui, convidamos os estudantes a fazer uso de algumas equações da

eletrostática a fim de consolidar a aplicação prática da teoria.

Gabarito/comentários atividades propostas:

a) Utilizando a equação do cálculo do campo elétrico, supondo a Terra perfeitamente esférica

(o enunciado não disse isso!), temos:

E = K .Q / R² , logo: E = 9.109. 58.104/ (64.105)² = 0,1274. 10³ = 127,4 N/C. Observe que

100 V/ m seria uma estimativa grosseira. Para um melhor tratamento poderíamos supor o

campo próximo a superfície 120 V/m. Mas, lembrando que consideramos a Terra

perfeitamente esférica, isso "distorceu" nosso cálculo. Assim, 100 V/m é uma boa

aproximação.

b) Estando em contato com a superfície terrestre a pessoa pode ser considerada parte da

superfície, ou seja, num mesma equipotencial da Terra. Assim não haveria ddp entre seus pés

e sua cabeça porque a pessoa tem o mesmo potencial em todos os pontos de seu corpo.

c) A dois metros do chão teríamos uma ddp de 200 V (veja figura 45). Logo: T = q. U, assim

T = 1,5. 200 = 300 J.

d) Na passagem do texto "Para que uma descarga elétrica (raio) tenha início não há

necessidade que o campo elétrico atinja a rigidez dielétrica do ar (3.106 V/m), mas se

aproxime dela (1.104 V/ m são suficientes)". Observamos que provavelmente a rigidez

dielétrica do ar se rompa em torno de 104 V/m, tornando-se condutor a partir desse valor, ou

melhor, perdendo seu caráter isolante.

e) O ditado popular não é válido do ponto de vista físico, pois num para-raios, por exemplo,

podemos ter inúmeras descargas num mesmo temporal. Isso vale para qualquer lugar.

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f) Pelo princípio de conservação da carga, caso a soma algébrica de cargas de um sistema

permaneça constate, esse sistema pode ser considerado eletricamente isolado. No caso da

Terra e sua atmosfera, podemos fazer tal aproximação.

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Texto discutido em sala de aula: Aspectos experimentais das linhas de força.

Aspectos experimentais das linhas de força

As fotos mostram que as linhas de força do campo

elétrico podem ser “visualizadas”

experimentalmente colocando-se grande quantidade

de sementes de grama, por exemplo, a flutuar em

óleo.

FIGURA 38: Diversas configurações das linhas de

campo.

Fonte:Tipler,2000, pgs:14,15,78,16,91 e 48

Pesquisado 16/04/2014.

As partículas ou corpos carregados das fotos são na

verdade terminais de um fio condutor ligado a um

gerador. Com esse experimento, as linhas de força

de um campo elétrico poderão ser visualizadas por

grande plateia. Sobre a mesa de um retroprojetor,

numa bandeja transparente contendo glicerina e

salpicos de fubá (ou pó de serra), são introduzidos

dois eletrodos conectados a um gerador de alta

tensão (na montagem foi utilizado um gerador

piezelétrico-material que produz eletricidade

quando pressionado-porém, pode ser substituído

por um gerador de Van de Graff ou equivalente

eletrônico).As partículas de fubá se orientam na

direção do campo elétrico. O formato dos eletrodos

determinará a configuração do campo.

FIGURA 39: Equipamento produtor de linhas de

campo.

Fonte:http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11

_23.asp

Pesquisado em 16/04/2014.

FIGURA 40: Algumas linhas de campo sendo

produzidas.

Fonte:http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11

_23.asp

Pesquisado em 16/04/2014.

FIGURA 41: Tipos de eletrodos usados na

produção de linhas de campo.

Fonte:http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11

_23.asp. Pesquisado em 16/03/2014.

Discutindo o texto:

a) Observando o aspecto das linhas de campo

geradas por uma carga isolada, temos a

possibilidade de afirmar se ela é positiva ou

negativa? Sabemos que as linhas de campo

"nascem" nas cargas positivas e "morrem" nas

cargas negativas, como poderíamos explicar tal fato

já que em laboratório não temos tal evidência?

2 1

4 3

5 6

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b) Associe as figuras experimentais 1, 2, 3 4 e 5com

os eletrodos a) , b) , c) , d) .

c) Desenhe as linhas de força representativas de

cada uma das figuras experimentais.

d) No caso do campo elétrico uniforme,

observamos que nas extremidades das placas as

linhas de campo perdem o paralelismo, quais as

consequências deste fato?

e) No campo elétrico obtido na figura 6 as linhas

de campo não conseguem atravessar o anel, qual

seria o valor do campo elétrico no interior desta

peça? Por que isso ocorre?

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Comentários sobre o texto: Aspectos experimentais das linhas de força

Objetivo: Evidenciar aos estudantes que as linhas de força possuem existência real.

Porém, a convenção das linhas "nascendo nas cargas positivas" e "morrendo nas

negativas" é algo arbitrado por convenção. Essa atividade mostra ao estudante os

aparelhos produtores de padrões de linhas de campo, muitas vezes encontrados apenas

em laboratórios das universidades.

Gabarito / comentários das atividades propostas:

a) Não temos a possibilidade de dizer se a carga pontual é positiva ou negativa apenas pelo

padrão de linhas de campo observado em laboratório. Na verdade, a escolha de linhas

convergentes para carga negativa e linhas divergentes para carga positiva é apenas uma

convenção dos teóricos da física.

b) Associando cada eletrodo com o padrão de linha de campo produzida, temos o seguinte:

1-a, 2-d, 3-c, 4-d, 5-b e 6 - não há eletrodo correspondente.

c)

FIGURA 42-Aspecto das linhas de campo

d) A consequência das linhas de campo deixar de serem paralelas no arranjo é que o campo

perde sua magnitude constante, além de sua orientação, ou seja, ele deixa de ser um campo

elétrico uniforme. Tal fenômeno é conhecido como "efeito de borda".

e) O campo elétrico é nulo no interior do anel. Esse fenômeno é conhecido como "Blindagem

Eletrostática". É interessante destacar que, quando um metal está dentro de um campo elétrico

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externo, esse campo configura as cargas do metal de modo a criar um campo induzido oposto

ao campo original, anulando os efeitos elétricos interiores ao metal.

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Texto discutido em sala de aula: Condução de eletricidade num meio eletrolítico.

Condução elétrica num Meio Eletrolítico

Objetivo:

Verificar a condução de eletricidade num

meio eletrolítico.

Materiais: 1 fonte de baixa voltagem (Pilha

ou bateria), 1 lâmpada, 1 recipiente de

vidro ou plástico transparente, fios

condutores e o dispositivo teste (ver figura

1).

Materiais testados:

QUADRO 6- Lista de materiais testados

Montagem e Procedimento

Conecte a lâmpada em série com a fonte e

deixe o circuito aberto, de modo que duas

pontas do fio condutor (terminais) possam

ser introduzidas dentro do recipiente.

Introduza os materiais para teste e

verifique se a lâmpada liga ou não. Veja o

esquema da figura 43 a seguir:

FIGURA 43: Condução eletrolítica

Fonte: Peruzzo, 2013, pág. 41.

Pesquisado 16/04/2014.

Discussão dos resultados esperados:

QUADRO 7- Resultado dos testes

OBSERVAÇÃO:

Use o verso da página caso o espaço do

quadro acima seja insuficiente.

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Comentários sobre o texto: Condução de eletricidade num meio eletrolítico

Objetivo: Classificar os materiais em condutores e isolantes. Relacionar a

condução elétrica aos portadores de carga livre. Este texto também serve como

ferramenta introdutória à atividade de discussões experimentais utilizando o

simulador "Kit de construção de circuitos DC".

Gabarito / comentários sobre as questões propostas:

Seguem os comentário para preenchimento do quadro 8:

Materiais sólidos.

1 - Material: prego de ferro. Consequência: lâmpada acende no circuito. Explicação:

devido ao fato do ferro possuir muitos elétrons livres na sua estrutura (teoria do "mar de

elétrons").

2 - Material: pedaço de madeira. Consequência: lâmpada não acende. Explicação:

pelo fato de ter poucos elétrons livres a madeira não permite o fluxo de cargas (material

dielétrico).

3 - Material: pedaço de plástico. Consequência: lâmpada não acende. Explicação:

pelo fato de ter poucos elétrons livres o plástico não permite o fluxo de cargas (material

dielétrico).

4 - Material: cloreto de sódio. Consequência: lâmpada acende (dependendo do caso).

Explicação: quando em solução ou derretido, o cloreto de sódio libera íons Na+ e Cl-

promovendo a condução de eletricidade. Caso seja colocado em estado sólido, o cloreto

de sódio não faria a lâmpada acender porque não teríamos portadores de carga livres.

5 - Material: sacarose. Consequência: lâmpada não acende. Explicação: Composto

molecular que não sofre ionização -liberação de cargas livres- nem quando fundido nem

quando em solução.

Materiais líquidos

1- Material: água destilada. Consequência: lâmpada não acende. Explicação: Não há

cargas livres em água destilada, tornando inviável a condução de eletricidade (em

baixas voltagens).

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2 - Material: água de torneira. Consequência: lâmpada acende. Explicação: há íons de

sais na água (cloreto de sódio, iodo, entre outros) por isso esses portadores de carga

fazem com que ela seja condutora.

3- Material: etanol. Consequência: lâmpada não acende. Explicação: composto

molecular

(caso análogo ao da sacarose).

4- Material: suco de limão ou laranja. Consequência: lâmpada acende. Explicação:

soluções de ácido liberam íons H+ favorecendo a condução de eletricidade.

Observação: Essa atividade tem o condão de abrir discussão sobre as diferentes

características sobre a condução de eletricidade dos materiais. O professor pode ampliar

a discussão com pesquisa sobre: semicondutores/processo de dopagem,

supercondutores/ temperaturas. Se bem que, na atividade com o simulador, também

propomos a referida discussão (fica a cargo do docente, caso queira dar outro

direcionamento).

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Layout do CD- ROM anexo ao trabalho.

FIGURA 44: Layout do CD-ROM anexo ao trabalho.

FIGURA 45: conteúdo do CD-ROM